차세대 태양전지 '대량·연속 생산' 핵심 소재 기술 개발

페로브스카이트 태양전지를 대량으로 연속해 생산할 수 있는 핵심 소재 기술이 국내에서 개발됐다.

이 태양전지는 실리콘 태양전지보다 가볍고, 유연하게 제작할 수 있어 차세대 태양광 기술로 주목받는다. 하지만 공정 조건 변화에 따른 성능 편차가 큰 까닭에 상용화에는 이르지 못했다. 개발된 핵심 소재 기술은 기존의 한계를 해소해 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다.

정의혁 교수. 한국연구재단

한국연구재단은 한국에너지공과대 정의혁 교수와 한국화학연구원 전남중·이재민 책임연구원이 공정 속도, 코팅 두께 등 공정 조건이 달라져도 안정적으로 작동하는 비정질 계면 패시베이션 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.

비정질 계면은 분자가 규칙적인 결정 구조 없이 불규칙하게 배열된 상태의 경계면, 패시베이션은 태양전지 표면의 결함을 줄여 빛으로 만든 전기가 소멸하지 않게 보호막을 씌우는 공정을 말한다.

패시베이션 공정에 사용되는 소재는 태양전지 성능을 가르는 핵심이 된다. 다만 기존 패시베이션 기술은 코팅 두께와 공정 속도 변화에 민감해 대면적 연속 생산 공정에는 적용하기 어려웠다.

공동연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 분자가 규칙적인 결정 구조를 형성하지 않도록 설계해 비정질 특성을 갖는 계면 소재(I-4PACz)를 개발했다.

또 패시베이션 공정에 이 소재를 실제 적용했을 때 태양전지 효율은 농도가 변하거나, 태양전지 기판 위에 균일한 박막을 만드는 블레이드 코팅(Blade Coating)의 속도가 달라져도 안정적으로 유지되는 결과를 얻었다.

상용화의 걸림돌이 됐던 공정 조건 변화에 따른 성능 편차 문제를 해소할 수 있게 된 셈이다.

정 교수는 "이번 연구 성과는 실제 산업 공정에서 요구되는 안정·재현성을 모두 확보해 페로브스카이트 태양전지의 조기 상용화에 기여할 수 있다는 데 있다"고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구사업(우수 신진), 나노소재기술개발사업(나노 커넥트)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 지난 11일 에너지 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)' 온라인판에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr